悬索桥索夹滑移影响分析_骆俊.pdf

：悬索桥索夹滑移影响分析骆俊（武汉市城市道路桥隧事务中心，武汉 ）摘要：通过对悬索桥主缆线形、索塔偏位、吊索垂直度、桥面线形的数据分析，评估索夹滑移对结构变位的影响。实测索力对比成桥索力，滑移的吊索索力减少、相邻吊索索力增大。建立有限元模型模拟索夹滑移，分析索夹滑移前后桥梁各构件的受力情况。关键词：悬索桥；索夹滑移；有限元模型；吊索索力 （，）：，：；收稿日期：作者简介：骆俊（），高级工程师 ：桥梁概况桥梁为单塔双索面自锚式悬索桥，桥梁全长 ，跨径组合为，桥面总宽，桥面布置为人行道非机动车道防撞护栏布索区 车行道布索区 防撞护栏 非机动车道 人行道。桥面以上索塔高，主缆的垂跨比为，吊索间距。主缆采用预制平行钢丝索股，每股由 根直径为镀锌高强钢丝组成。主索鞍由鞍体、不锈钢建材世界 年第 卷第期板、索鞍底座下平板、预埋钢板等组成，全桥共个主索鞍。靠近主缆锚固位置设置散索套，全桥共个散索套。吊索采用高强度镀锌钢丝平行集束，索体由 镀锌高强钢丝组成。吊索上下锚头均采用冷铸锚，上锚头由锚杯与叉形耳板销轴连接，下锚头通过锚垫板直接锚固于主梁上。吊索顺桥向间距，吊索横桥向间距，共 共 根吊索，吊索编号如图所示。、采用刚性吊索。索夹滑移情况该桥共 个索夹存在滑移，存在滑移的索夹见表，占比，东侧为个、西侧为个，最大滑移量为。表索夹滑移统计汇总构件名称 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹 索夹滑移量 索夹滑移对结构变位的影响主缆线形在主缆索夹、塔顶设置测点进行线形测量，每根主缆 个测点，共 个测点，表给出了索长较长的典型吊索位置的主缆实测相对高程。表典型吊索处主缆相对高程西侧吊索高程东侧吊索高程西侧减东侧差值 索夹高程比 索夹高程低，高差 。主缆线形总体较为平顺，无明显突变，但是滑移区域的部分索夹高度会有所变化。索塔偏位在每个索塔侧面选择点测量相对坐标，计算垂直度。表给出了索塔的垂直度实测值，索塔偏位测点顺桥向及横桥向偏差值均未超过规范允许偏差 且 的要求，索夹滑移未对索塔偏位产生影响。表索塔垂直度实测值位置测点编号顺桥向横桥向高度对比测点号相邻测点顺桥向偏差值相邻测点横桥向偏差值允许值东侧索塔小里程面 与 与 与 与 西侧索塔大里程面 与 与 与 与 建材世界 年第 卷第期吊索垂直度对吊索纵桥向及横桥向进行垂直度测量，典型吊索垂直度实测结果见表。表两侧吊索垂直度测量结果西侧吊索顺桥向垂直度（）横桥向垂直度（）东侧吊索顺桥向垂直度（）横桥向垂直度（）吊索顺桥向及横桥向垂直度偏差值最大为 ，均未超过允许偏差 的要求，索夹滑移未对吊索垂直度产生影响。桥面线形桥面线形测点布置如下：主桥按照跨径八等分点布设变形观测点，左右两侧对称布置于车行道边缘，共计 个测点。桥面两侧的线形拟合曲线见图。桥面实测高程起伏不大，桥面线形总体较为平顺，索夹滑移未对桥面线形造成影响。索夹滑移对吊索索力的影响实测索力索力测试采用频谱分析法，利用紧固在缆索上的高灵敏度传感器，拾取缆索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大、谱分析得出缆索的自振频率，根据自振频率与索力的关系来确定索力。表给出了吊索的实测索力与成桥索力的对比关系。）东、西侧吊索实测频率、索力比较分析 对吊索东、西侧实测索力偏差率在 之间，对吊索左、右侧实测频率偏差率大于，分别为 吊索 、吊索 、吊索 、吊索 、吊索 。）实测索力与成桥索力对比分析 根吊索索力实测值偏差率在 以内，根吊索测值偏差率大于。其中根为长索，分别为建材世界 年第 卷第期 吊索 、吊索 、吊索 、吊索 、吊索 、吊索 、吊索 ；根为短索，分别是 吊索 、吊索 。）西侧吊索总索力偏差率为，东侧吊索总索力偏差率为。表吊索索力结果吊索编号实测索力 西侧东侧成桥索力 西侧东侧与成桥索力差值西侧东侧西、东侧索力差值 合计索力 理论分析采用桥梁结构有限元分析软件 建立整体模型，通过修改吊索顶部坐标的方式模拟索夹滑移，分析索夹滑移前后桥梁各构件的受力情况。表给出了存在滑移的吊索内力值，滑移的吊索索力减小，其吊索索力转由相邻未滑移吊索承担。索力减小最多的为滑移量最大的 号吊索，其恒载状态下索力由滑移前的 减小至滑移后的 ，减少了 。吊索索力增幅最大的为 吊索，其恒载下的索力由 增大至 ，增大了。表索夹滑移对吊索内力的影响吊索编号滑移量 恒载作用下索力设计完好 滑移后 变化幅值基本组合作用下索力设计完好 滑移后 变化幅值 建材世界 年第 卷第期索夹滑移对结构受力的影响主缆张力变化索夹滑移后，恒载和基本组合作用下主缆的应力变化见表。表索夹完好状态和滑移状态主缆的应力变化荷载组合内力完好状态 滑移后状态 变化幅值恒载主缆最大张力 主缆最大应力 基本组合主缆最大张力 主缆最大应力 索夹滑移后，在恒载作用下，主缆最大应力和最大张力均减小了；在基本组合作用下，主缆最大应力和最大张力均减小了，索夹完好状态和滑移状态对主缆应力变化影响不显著。主梁内力变化根据荷载基本组合效应分析，与完好状态相比，滑移后主梁的内力均有所变化，变化结果见表。表索夹完好状态和滑移状态主梁的内力变化荷载组合内力完好状态滑移状态变化幅值恒载轴力 剪力 最大负弯矩弯矩（）最大正弯矩弯矩（）基本组合轴力 剪力 最大负弯矩弯矩（）最大正弯矩弯矩（）索夹滑移后，在恒载作用下，主梁内力变化为；在荷载基本组合作用下，主梁内力变化为，索夹滑移对主梁内力的影响不明显。索塔内力变化索夹滑移后，索塔的内力变化见表。表索夹完好状态和滑移状态索塔的内力变化荷载组合内力完好状态滑移状态变化幅值恒载轴力 索塔最大压应力 索夹滑移后，在恒载作用下，索塔最大轴力从 降低至 ，减小了，索塔的最大压应力从 增大至 ，增加了，索夹滑移对索塔的内力变化影响不显著。结论 从在役悬索桥的运营情况看，索夹螺杆紧固力在进入运营期后，会因车辆等荷载引起的缆索体系受力及线形变化、主缆内镀锌钢丝受压蠕变或重新排列等原因持续下降，其损失最终将会导致索夹松动甚至滑移。悬索桥进入运营期后，索夹滑移会造成索结构体系受力的重新分配，变化幅度在 以内，导致线形变化、降低滑移处主缆密封性等病害，对悬索桥的结构受力安全带来严重影响。索夹滑移对索塔的影响不显著，但是会造成吊索索力显著变化，索夹滑移后对应的吊索索力减少，相邻吊索索力增大。（下转第 页）建材世界 年第 卷第期处治建议）病害处治宽度 以下纵向裂缝，采用环氧胶泥进行封堵；宽度为 的纵向裂缝，凿毛处理后灌注化学浆液；灌浆遵循少量多次的原则，灌浆压力初始用 ，逐步増加、最终控制在 为宜。对仰拱裂缝，考虑隧底围岩软弱，页岩遇水膨胀的特点，仰拱可能会进一步变形、开裂，拟采用面层补强或注浆加固。对局部破损、剥落等工艺缺陷，用环氧胶泥或水泥砂浆进行表面处治。综合处治后衬砌的安全系数见表。该隧道处治后左、右线衬砌结构处于安全稳定状态。）安全监测考虑隧道出口病害段围岩条件较差、施工期出现多次塌方和冒顶事故，强降雨条件下地表山体存在一定的滑动风险，应除病害断面外增设其它监测断面，对裂缝处理后的隧道结构及地表山体开展监测。结论以某山岭隧道为案例，对复杂软弱地质导致的工程病害进行综合分析，提出处治建议，实施后效果良好。对同类工程建设和管理的建议如下：山区偏压隧道建设中病害频发，地形条件和岩层产状会对偏压隧道建设全过程产生不利影响，是建设管理的重点环节，宜提前筹划做好设计和施工预案。对于衬砌出现的结构病害，需及时全面地进行调查分析，评估对于隧道结构安全和环境的影响，采取综合性措施进行治理，恢复隧道的结构安全。参考文献崔炫，杨赞华，崔灿，等风化岩层隧道衬砌病害及处治措施研究公路，（）：任会，黄达，陈立峰，等界牌岭岩质隧道偏压病害及其处治研究中外公路，（）：中华人民共和国交通运输部 公路隧道养护技术规范北京：人民交通出版社，彭自强，李小凯，葛修润广义有限元法对动态裂纹扩展的数值模拟岩石力学与工程学报，（）：，（）：贺志勇，钟宏武，陈振华带裂缝隧道衬砌的安全评价及有限元分析隧道建设（中英文），（）：谢全敏，马伟，杨文东 公路隧道结构健康监测系统设计与实施 中国安全科学学报，（）：（上接第 页）参考文献程强，何丽媛，李勇利用电子全站仪测定圆柱倾斜度淮海工学院学报，（）：，公路工程质量检验评定标准 北京：人民交通出版社股份有限公司，江聪聪振动频率法检测吊杆索力试验研究山西建筑，（）：杨宗林索拱桁架体系索夹抗滑移试验计算机辅助工程，（）：，公路悬索桥设计规范北京：人民交通出版社股份有限公司，罗改霞某悬索桥索夹滑移原因分析与处理对策交通科技，（）：建材世界 年第 卷第期